DE3039710C2

DE3039710C2 - Measuring transducer for determining the flow rate of a flowing liquid

Info

Publication number: DE3039710C2
Application number: DE3039710A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Zug Lechner; Claudio Dipl.-Elek.-Ing. ETH Goldau Meisser
Original assignee: LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1980-10-21
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3039710A1; ATE14793T1; EP0048791B1; EP0048791A2; DK422981A; EP0048791A3; DK154246B; DK154246C

Abstract

1. A measured value generator for determining the quantitative flow rate of a fluid flowing through a pipe system by measuring the transit times of ultrasound within the fluid along a measuring section through which the fluid flows, provided with connecting heads (1, 2) for the feed and discharge of the fluid, which are in the form of large-volume distributor chambers (3, 4) and which are provided with a measuring pipe (7), and further comprising measuring transducers (16, 17) which are disposed in opposite relationship to the two ends (8, 9) of the measuring pipe in the connecting heads and which are in direct contact with the fluid, wherein the axis of the measuring pipe is normal to centres of their active transmission surfaces (14, 15), characterised in that there is provided a means (18) for suppressing ultrasonic signals, which so suppresses the ultrasonic signals which are emitted by the active transmission surfaces (14, 15) of the measuring transducers (16 and 17 respectively) outside of the measuring pipe (7), that no interference echo signals are received by the measuring transducers (16 or 17) in the receiving phase.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertgeber zur Bestimmung der Durchflußmenge einer durch ein Rohrsystem strömenden Flüssigkeit durch Messung der Laufzeiten von Ultraschall innerhalb der Flüssigkeit, längs einer von der Flüssigkeit durchflossenen Meßstrecke, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a transmitter for determining the flow rate a liquid flowing through a pipe system by measuring the transit times of ultrasound within of the liquid, along a measuring section through which the liquid flows, according to the generic term of Claim 1.

Zur Bestimmung der Durchflußmenge einer Flüssigkeit durch ein Rohrsystem ist es bekannt (DE-AS 24 561), Ultraschallimpulse durch eine strömende Flüssigkeit zu senden, um aus der Laufzeit der ImpulseTo determine the flow rate of a liquid through a pipe system, it is known (DE-AS 24 561) to send ultrasonic impulses through a flowing liquid in order to get out of the travel time of the impulses auf die mittlere Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit schließen zu können. Dabei erwies sich eine Messung der Laufzeiten der Impulse längs eines von der Flüssigkeit durchflossenen Rohrstückes am zweckmäßigsten. Bei dieser bekannten Anordnung kehren die in den Außenraum des Meßrohres ausgestrahlten Ultraächallirnpulse als Echosignale zurück. Dadurch werden die Nutzsignale gestört, was eine fehlerhafte Messung der Durchflußmenge zur Folge hat. Bei ruhendem ίο Strömungsmittel wird dann ein Durchfluß vorgetäuscht, wenn sich die Echosignale und die Nutzsignale nicht gegenseitig aufheben.to be able to infer the mean flow rate of the liquid. A measurement turned out to be the transit times of the impulses along a pipe section through which the liquid flows is most expedient. In this known arrangement, the in the outer space of the measuring tube emitted ultrasonic brain pulses back as echo signals. This will be the useful signals are disturbed, which results in an incorrect measurement of the flow rate. At dormant ίο fluid is then simulated a flow, if the echo signals and the useful signals do not cancel each other out.

Darüber hinaus ist es bekannt (DE-AS 27 30 770), im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine vor einer Ultraschallmeßvorrichtdng, die zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft dient, ein akustisches Filter anzuordnen, das außerhalb der Vorrichtung erzeugte Ultraschallkomponenten soweit wie möglich unterdrückt Dabei ist es auch bekannt, eic weiteres akustisches Filter zur Absorption solcher störender Ultraschallkomponenten vorzusehen, die innerhalb der Brennkraftmaschine erzeugt werden. Beide akustischen Filter dienen daher zur »Abschirmung« der Meßwandler gegenüber von außen auf diese einfallende Störkomponenten. Schließlich ist es bei Ultraschall-Luftdurchflußmessern in der Ansaugleitung von Verbrennungsmotoren auch bekannt, diejenigen Elemente, an denen die Luft entlangstreicht bzw. an denen sie auftrifft, mit möglichst geringen Angriffsflächen zu » versehen und beispielsweise abzuschrägen, wodurch die Wirbelbildung der Gasströmung vermindert wird Mit der Vermeidung von Echosignalen, die von den Meßwandlern selbst initiiert sind, haben diese Vorrichtungen jedoch nichts zu tun.In addition, it is known (DE-AS 27 30 770), in the intake duct of an internal combustion engine in front of a Ultrasound measuring device, which is used to measure the flow rate of the intake air, to arrange an acoustic filter that is outside the device generated ultrasonic components are suppressed as far as possible Provide acoustic filter to absorb such interfering ultrasonic components that are within the Internal combustion engine are generated. Both acoustic filters are therefore used to "screen" the transducers from outside those incident on them Interfering components. Finally, in the case of ultrasonic air flow meters in the intake line of internal combustion engines, it is also known to have those elements where the air brushes along or where it strikes, with the smallest possible attack surface »Provided and for example beveled, whereby the vortex formation of the gas flow is reduced With however, these devices have nothing to do with avoiding echo signals initiated by the transducers themselves.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß ein Meßwertgeber der angeführten Art dahingehend verbessert wird, daß störende Echosignale so unterdrückt werden, daß kein Meßfehler entsteht.The object of the invention is that a transducer of the type mentioned to that effect it is improved that interfering echo signals are suppressed so that no measurement error occurs.

Die Erfindung ist im Anspruch I gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere ^Ausbildungen beansprucht.The invention is characterized in claim I and In subclaims, further training are claimed.

Die einfache, der Unterdrückung der Echosignale dienende Vorrichtung absorbiert, stieut und/oder reflektiert die :n den Außenraum des Meßrohres ausgestrahlten Ultraschallsignale so. daß der Meßwandler während der Empfangsphase keine störenden Echosignale aufnimmt.The simple one, the suppression of the echo signals Serving device absorbs, collides and / or reflects the: n the outer space of the measuring tube emitted ultrasonic signals so. that the transducer does not interfere during the reception phase Picks up echo signals.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Meßwertgebers werden anhand einer einzigen ZeichnungEmbodiments of the transducer according to the invention are based on a single drawing näher erläutert. Es zeigtexplained in more detail. It shows

F i g. I einen Meßwertgeber im Schnitt, und F i g. 2 und 3 weitere Ausführungen im Teilschnitt. Die Meßstrecke des Meßwertgebers besteht aus zwei Anschlußköpfen 1 und 2 mit zwei, großräumigeF i g. I a transducer on average, and F i g. 2 and 3 further versions in partial section. The measuring section of the transducer consists of two connection heads 1 and 2 with two large ones quaderförmige Hohlkörper bildenden Verteilerkammern 3 und 4 mit aneinander liegenden Trennwänden 5 und 6. welche die beiden Verteilerkammern 3 und 4 fest miteinander verbinden. Ein Meßrohr 7 durchdringt die Trennwände 5 und 6 und liegt mit den Enden 8 bzw. 9 soDistribution chambers 3 and 4, which form cuboid hollow bodies, with partition walls 5 lying against one another and 6. which firmly connect the two distribution chambers 3 and 4 to one another. A measuring tube 7 penetrates the Partition walls 5 and 6 and is with the ends 8 and 9 so weit im Inneren der Verteilerkarnmern 3, 4. daß diesefar inside the distribution chambers 3, 4. that this die Enden 8 und 9 des Meßrohres 7 wenigstens auf einerthe ends 8 and 9 of the measuring tube 7 at least on one

Länge allseitig umschließen, die größer ist als der lichteEnclose length on all sides that is greater than the clear Durchmesser des Meßrohres 7.Diameter of the measuring tube 7. Der erste Anschlußkopf 1 weist einen AnschlußnippelThe first connection head 1 has a connection nipple

10 für einen durch einen Pfeil bezeichneten Zufluß 11 der Flüssigkeit in die Verteilerkammer 3 und der andere Anschlußkopt 2 einen weiteren Anschlußnippel 12 für einen ebenfalls durch einen Pfeil bezeichneten Abfluß 1310 for a tributary 11 indicated by an arrow the liquid in the distribution chamber 3 and the other connection head 2 a further connection nipple 12 for a drain 13 also indicated by an arrow

der Flüssigkeit aus der Verteilerkammer 4 auf. Die angeführten AnschluDnippel 10 und 12 liegen vorteilhaft in einer gemeinsamen Achse mit einem Stirnseitenabstand A, welcher einem Normabstand für den Einbau von Wasserzählern in die Wasserleitung entsprichtthe liquid from the distribution chamber 4 on. The specified connection nipples 10 and 12 are advantageously located in a common axis with an end face distance A, which corresponds to a standard distance for the installation of water meters in the water pipe

Die zu messende Flüssigkeit durchströmt vom Zufluß f 1 her die trete Verteilerkair.mer 3, dringt an der einen Stirnseite des Endes 8 in das Meßrohr 7 ein, verläßt dieses an seinem anderen Ende 9, durchströmt die zweite Verteile-kammer 4 und gelangt zum Abfluß 13. Die Achse des Meßrohres 7 steht senkrecht auf Zentren von Obertragungsflächen 14 und 15 je eines Meßwandlers It», 17. Die direkt der strömenden Flüssigkeit ausgesetzten Übertragungsflächen 14,15 der Meßwandler 16,17 weisen je einen Abstand £ von der Stirnseite der Enden 8,9 des Meßrohres 7 auf. Die Absfände fsind so gewählt, daß sich für den Durchfluß der Flüssigkeit einerseits zwei möglichst große Durchflußquerschnitte an den Stirnseiten des Meßrohres 7 ergeben, andererseits ist für die Genauigkeit der Messung von Laufzeiten erwünscht, die Abstände E möglichst klein zu halten. Gute Ergebnisse liegen dann vor, wenn die Abstände E annähernd die Hälfte des Innendurchmessers des Meßrohres 7 betragen.The liquid to be measured flows from the inflow f 1 through the step distribution chamber 3, penetrates at one end of the end 8 into the measuring tube 7, leaves it at its other end 9, flows through the second distribution chamber 4 and arrives at the drain 13. The axis of the measuring tube 7 is perpendicular to the centers of the transmission surfaces 14 and 15 each of a transducer I, 17 , 9 of the measuring tube 7. The distances are chosen so that, on the one hand, there are two possible large flow cross-sections at the end faces of the measuring tube 7 for the flow of the liquid; on the other hand, it is desirable for the accuracy of the measurement of transit times to keep the distances E as small as possible. Good results are obtained when the distances E are approximately half the inside diameter of the measuring tube 7.

Die Stirnflächen der Enden 8 und 9 des Meßrohres 7 sind nach außen angeschrägt oder rund bearbeitetThe end faces of the ends 8 and 9 of the measuring tube 7 are bevelled outwards or machined round

Der Meßwertgeber ist zur Unterdrückung der störenden Echosignale mit einer Vorrichtung 18 versehen, die aus zwei symmetrisch zu den Trennwänden 5, 6 der beiden Verteilerkammern 3, 4 auf dem Meßrohr 7 angeordneten Manchetten 19,20 besteht, ate aus Ultraschall absorbierendem Material hergestellt sind. Sie weisen zur Durchflußrichtung der Flüssigkeit im Meßrohr 7 rechtwinklig verlaufende Oberflächen 21, 22 auf. Diese Oberflächen 21, 22 können für die betreffenden Ultraschall-Signale auch rauh gestaltet werden und somit eine diffuse Reflexion bewirken.The transducer is equipped with a device 18 to suppress the interfering echo signals provided, which consists of two symmetrical to the partitions 5, 6 of the two distribution chambers 3, 4 on the Measuring tube 7 arranged cuffs 19.20 consists, ate are made of ultrasonic absorbing material. They point to the direction of flow of the liquid surfaces 21, 22 running at right angles in the measuring tube 7. These surfaces 21, 22 can be used for The relevant ultrasonic signals can also be made rough and thus cause a diffuse reflection.

Die Manchetten 19,20 können aber glatt sein und aus Ultraschall reflektierendem Material bestehen, wobei deren Oberflächen 21, 22 zur Durchflußrichtung der Flüssigkeit im Meßrohr 7 so verlaufen müssen, daß die reflektierten Echosignale in den Meßwandlem 16 bzw. 17 keine Fehler während der Empfangsphase verursachen. Solche Ausführungen sind aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich. Die zur Laufrichtung der Ultraschall-Signale auf den den Meßwandlern 16,17 zugekehrten Seiten der Manchetten 19,21 schräg verlaufenden Oberflächen 21, 22 weisen gemäß der Fig.2 eine zur Achse des Meßrohres 7 symmetrische und gen? & der F i g. 3 eine zu dieser Achse unsymmetrische Anorrinu Jg auf.The cuffs 19, 20 can be smooth and made of ultrasound reflective material, the surfaces 21, 22 of which must run in relation to the direction of flow of the liquid in the measuring tube 7 so that the echo signals reflected in the measuring transducers 16 and 17 do not cause any errors during the reception phase . Such designs are shown in FIGS. 2 and 3 can be seen. According to FIG. & the F i g. 3 shows an anorrinu Jg which is asymmetrical to this axis.

Die Vorrichtung 18 zur Unterdrückung der störenden Echosignale kann auch eine andere Form aufweisen; sie muß in jedem Fall die außerhalb des Meßrohres 7 sich ausbreitenden Signale so schwächen, daß kein Meßfehler entstehtThe device 18 for suppressing the interfering echo signals can also have a different shape; she must in any case weaken the signals propagating outside the measuring tube 7 so that no measurement error arises

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Meßwertgeber zur Bestimmung der Durchflußmenge einer durch ein Rohrsystem strömenden Flüssigkeit durch Messung der Laufzeiten von Ultraschal¹ innerhalb der Flüssigkeit längs einer von der Flüssigkeit durchströmten Meßstrecke, ausgestattet mit als großräumige Verteilerkammern ausgebildeten und mit einem Meßrohr versehenen Anschlußköpfen für einen Zu- und Abfluß der Flüssigkeit und mit gegenüber den beiden Enden des Meßrohres in den Anschlußköpfen angeordneten, mit der Flüssigkeit in unmittelbarer Berührung stehenden Meßwandlern, wobei die Achse des Meßrohres senkrecht auf Zentren ihrer aktiven Übertragungsfläche steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ultraschall-Signale unterdrückende Vorrichtung (18) vorgesehen ist, welche die außerhalb des Meßrohres (17) von den aktiven Übertragungsflächen (14, 15) der Meßwandler (16 bzw. 17) ausgesandten Ultraschallsignale so unterdrückt, daß in der Empfangsphase keine störenden Echosignale von den Meßwandlern (16 bzw. 17) aufgenommen werden.1. Transmitter for determining the flow rate of a liquid flowing through a pipe system by measuring the transit times of ultrasound ¹ within the liquid along a measuring section through which the liquid flows, equipped with connection heads designed as large-scale distribution chambers and provided with a measuring tube for an inflow and outflow of the Liquid and with measuring transducers arranged opposite the two ends of the measuring tube in the connection heads and in direct contact with the liquid, the axis of the measuring tube being perpendicular to the centers of its active transmission surface, characterized in that a device (18) suppressing ultrasound signals is provided which suppresses the ultrasonic signals emitted outside the measuring tube (17) by the active transmission surfaces (14, 15) of the transducers (16 or 17) so that no interfering echo signals are picked up by the transducers (16 or 17) in the receiving phase .

2. Meßwertgeber nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (18) zur Unterdrückung von störenden Echosignalen in der Gegend, in welcher das Meßrohr (7) die gemeinsame Trennwand (5, 6) der Verteilerkammern (3, 4) durchdringt, symmetrisch zu dieser Trennwand (5,6) am Meßrohr (7) angeordnet ist2. Transmitter according to claim 1, characterized in that the device (18) for Suppression of interfering echo signals in the area in which the measuring tube (7) the common Partition (5, 6) of the distribution chambers (3, 4) penetrates, symmetrical to this partition (5,6) is arranged on the measuring tube (7)

3. Meßwertgeber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (18) aus Ultraschall-Signale reflektierenden Manschetten (19,20) besteht, deren den aktiven Übertragungsflächen (14, 15) der Meßwandler (16, 17) zugekehrte Flächen (21, 22) schräg zur Laufrichtung der Ultraschall-Signale verlaufen und die Ultraschall-Signale so reflektieren, daß keine störenden Echosignale von den Meßwandlern (16 bzw. 17) aufgenommen werden.3. Transmitter according to Claim 1 and 2, characterized in that the device (18) consists of Ultrasound signals reflecting cuffs (19, 20), the active transmission surfaces (14, 15) of the transducers (16, 17) facing Areas (21, 22) run obliquely to the direction of travel of the ultrasonic signals and reflect the ultrasonic signals in such a way that no interfering echo signals are picked up by the transducers (16 or 17).

4. Meßwertgeber n&ch Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (18) ans Ultraschall absorbierendem Material besteht4. transducer n & ch claim 1 and 2, characterized in that the device (18) ans Ultrasound absorbing material is made

5. Meßwertgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den aktiven Übertragungsflächen (14, 15) der Meßwandler (16, 17) zugekehrten Flächen (21, 22) eine Ultraschall streuende Oberfläche aufweisen.5. A transducer according to claim 3, characterized in that the active transmission surfaces (14, 15) of the transducers (16, 17) facing surfaces (21, 22) scattering ultrasound Have surface.

6. Meßwertgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Meßrohres (17) na^h außen angeschrägt oder rund bearbeitet sind.6. Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the end faces of the measuring tube (17) na ^ h beveled on the outside or are machined round.